2.2馬赫超音速飛機XB-1，使用21個金屬3D打印的發(fā)動機部件

2020年10月9日，南極熊獲悉，航空航天公司Boom Supersonic推出了一款超音速飛機XB-1，這款飛機最大的特點是使用了許多增材制造部件。

Boom的超音速飛機在科羅拉多州Centennial的機庫中亮相，飛機安裝了21個與發(fā)動機相關的3D打印部件。據VELO3D的首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人Benny Buller稱，兩家公司合作生產的這些部件標志著 "3D打印部件在航空航天應用的轉折點"。

Buller說："由于飛機部件要求非常好的空氣動力學設計，卓越的耐用性和耐高溫性能，所以航空部件特別難以用金屬3D打印制造，VELO3D的技術可以在最嚴苛的操作條件下為關鍵應用生產輕質、復雜的設計。我們與BOOM的合作確實是金屬加工業(yè)的一大進步。"

Boom Supersonic的XB-1飛機

Boom Supersonic公司成立于2014年，目標是讓商業(yè)超音速航空旅行成為現(xiàn)實。XB-1原型機是作為概念驗證而開發(fā)的，展示了具有2.2馬赫（1,687英里/小時）速度客機的潛力，他們的目標是在2030年前投入使用。

XB-1代表了第一架自主研發(fā)的超音速飛機，結構由超過3700個部件組成，包括起落架、飛行控制執(zhí)行器和冷卻系統(tǒng)。為了解決建造演示機的巨大任務，Boom找來了兩家成熟的3D打印機制造商。

最初，Boom Supersonic與Stratasys合作，利用F370和Fortus 450mc 3D打印機開發(fā)了200多個與XB-1相關的工具、原型和測試臺部件。兩家公司隨后達成了一項長期協(xié)議，協(xié)議不僅限于原型設計應用，還將Stratasys的F900系統(tǒng)用于生產Boom超音速飛行器的最終使用部件。

△Stratasys公司3D打印的飛機部件

在與Stratasys達成新協(xié)議后不久，Boom公司也開始與VELO3D合作，為客機開發(fā)更多的最終使用部件。當時，VELO3D稱，他們藍寶石系統(tǒng)經過優(yōu)化，可以在沒有支撐物的情況下生產大直徑零件，可以在很少或沒有后處理的情況下創(chuàng)造出增強型航空部件。

在使用VELO3D的機器進行了一連串成功的試驗后，兩家公司共生產了多種3D打印部件，現(xiàn)在這些部件已經安裝在Boom的原型機XB-1上。

△Boom Supersonic的XB-1，由3700多個零件組成，圖片來自Boom Supersonic

VELO3D的超音速3D打印部件

利用VELO3D的藍寶石系統(tǒng)，Boom已經能夠為原型噴氣機3D打印總共21個結構、發(fā)動機和環(huán)境控制部件，其中一些部件的壁薄至0.02英寸。由于XB-1的許多3D打印部件都與引導空氣有關，包括葉片、管道和百葉，因此它們需要狹窄而復雜，同時還需要具有高水平的抗拉強度。

△VELO3D的藍寶石3D打印機

飛機空氣動力學部件的幾何設計包括薄壁和長寬比，這些都是傳統(tǒng)工藝（如焊接和鑄造）難以制造的。同時，VELO3D專有的無支撐打印工藝可以實現(xiàn)高度的設計自由和質量控制。

因此，Boom能夠實現(xiàn)對飛機的設想，而不必考慮設計方面的限制，如支撐。VELO3D的吉恩-米勒（Gene Miller）強調，XB-1的零件使用傳統(tǒng)的生產技術是不可能的。

Miller解釋說："Boom專門為他們的新型飛機設計了所有這些零件，他們創(chuàng)造的獨特的幾何形狀類型，專注于減輕重量，無法用金屬板、鑄造或任何其他方式來完成。要想同時獲得復雜設計和減重的好處，唯一的選擇就是用金屬增材制造來做。"

Boom的一些部件也被打印出來，用于飛機重要的發(fā)動機區(qū)域內，包括可變旁通閥（VBV）系統(tǒng)的歧管、NACA管道和兩個分流法蘭部件。NACA管道經常用于高速飛機中，以捕獲外部空氣，并將其導入飛機以冷卻發(fā)動機艙，因此這些部件對飛行器在飛行過程中的安全至關重要。

最終，用鈦金屬3D打印XB-1的零件被證明是非常困難的，因為這種材料的加工窗口很窄。鈦具有超強的耐熱性，但如果冷卻過快，就會變得很脆，容易開裂。更重要的是，雖然傳統(tǒng)技術避免了這一問題，但該飛行器的超薄設計本來就不可能用機械加工或鑄造方法重現(xiàn)。

VELO3D最終優(yōu)化了系統(tǒng)的打印參數，以減少零件的殘余應力，但Miller承認，這個項目已經將公司現(xiàn)有的技術應用到了絕對極限。


編譯自：3dprintingindustry